Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Влияние малых доз озона на биоценоз активного ила очистных сооружений города Ростова-на-Дону Агасиева Диана Назимовна

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Агасиева Диана Назимовна. Влияние малых доз озона на биоценоз активного ила очистных сооружений города Ростова-на-Дону: диссертация ... кандидата Биологических наук: 03.02.08 / Агасиева Диана Назимовна;[Место защиты: ФГАОУ ВО Южный федеральный университет], 2017.- 155 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Биологическая очистка сточных вод 11

1.1 Понятие биологической очистки сточных вод 11

1.2 Характеристика сооружений биологической очистки сточных вод как экологической системы 14

1.3 Структура и функциональная характеристика микробиоценоза активного ила 16

1.3.1 Прокариотические компоненты 19

1.3.1.1 Аммонифицирующие бактерии 21

1.3.1.2 Нитрифицирующие бактерии 27

1.3.1.3 Нитратредуцирующие и денитрифицирующие бактерии 29

1.3.1.4 Сульфатредуцирующие бактерии 34

1.3.1.5 Тионовые бактерии 37

1.3.2 Эукариотические компоненты 40

1.3.2.1 Простейшие 40

1.3.2.2 Плесневые грибы и дрожжи 45

1.3.2.3 Многоклеточные животные 46

1.4 Интенсификация процесса очистки сточных вод 48

1.4.1 Основные факторы, влияющие на процессы очистки 49

1.4.2 Применение озонирования на сооружениях ОСК 52

1.4.3 Биологическое действие озона 53

Глава 2. Объекты и методы исследования 55

2.1 Объекты и материалы исследования 55

2.2 Методы исследования 56

2.2.1 Методы микроскопического исследования гидробиологического состава ила 56

2.2.2 Методы выделения и количественого учета бактерий цикла азота 57

2.2.2.1 Аминоавтотрофные бактерии 57

2.2.2.2 Аминогетеротрофные бактерии 58

2.2.2.3 Нитрифицирующие бактерии 59

2.2.2.4 Нитратредуцирующие и денитрифицирующие бактерии 60

2.2.3 Методы выделения и количественого учета бактерий цикла серы 61

2.2.3.1 Сульфатредуцирующие бактерии 61

2.2.3.2 Тионовые бактерии 61

2.2.4 Выделение и учет общего числа микроорганизмов на сточном агаре 62

2.2.5 Методы родовой и видовой идентификации выделенных бактерий 63

2.2.5.1 Микроскопическое исследование выделенных бактерий 63

2.2.5.2 Определение типа метаболической активности (тест Хью – Лейфсона) 64

2.2.5.3 Вывление каталазной активности 65

2.2.5.4 Выявление оксидазной активности 66

2.2.5.5 Выявление лецитиназной и липазной активности 66

2.2.5.6 Выявление амилолитической активности 67

2.2.5.7 Методы исследования протеолитических свойств 68

2.2.5.8 Выявление устойчивости к NaCl 69

2.2.5.9 Температурные тесты 69

2.2.5.10 Постановка тест-систем API strips bio Mrieux 69

2.2.6 Методы озонирования активного ила 70

2.2.6.1 Схема эксперимента по озонированию 72

2.2.7 Методы исследования ионного состава 74

2.2.7.1 Фотометрический метод определения концентрации ионов аммония 75

2.2.7.2 Фотометрический метод определения концентрации ионов нитрита 75

2.2.8 Методы определения ферментативной активности ила 76

2.2.8.1 Определение общей дегидрогеназной активности 76

2.2.8.2 Определение общей уреазной активности 76

2.2.9 Методы статистической обработки данных 77

Глава 3. Качественный состав активного ила 79

3.1 Прокариотические компоненты 79

3.2 Эукариотические компоненты 86

Глава 4. Количественные характеристики бактериоценоза активного ила 93

Глава 5. Влияние озонирования на микробиоценоз активного ила 103

5.1 Действие озонирования на сообщество активного ила 103

5.2 Действие озонирования на процессы утилизации ионов аммония и нитрита в активном иле 116

5.3 Действие озона на ферментативную активность ила 118

Выводы 124

Заключение 127

Список использованных источников 129

Аммонифицирующие бактерии

Интерес к культивируемым бактериям активного ила появился на рубеже 30-х и 40-х годов, когда некоторые исследователи обосновали необходимость в изучении микрофлоры активного ила для точного понимания механизмов его работы. Были предложены методы культивирования в лабораторных условиях, схемы аэрации лабораторных установок и принципы отбора образцов ила для микробиологических исследований (Heukelekian, Schtulhoff, 1938; Allen, 1944).

Все бактерии, которые были выделены и определены на тот момент, относились к группе аммонификаторов, составляющую наиболее обширную и наименее требовательную к условиям культивирования группу бактерий, входящих в состав активного ила (Dias, Bhat, 1963; Dias, Bhat, 1964).

Несмотря на то, что способность разрушать органические вещества была выявлена у многих организмов, данный процесс идет многоступенчато и отдельные микроорганизмы занимают свои биологические ниши и имеют свой специфический набор ферментов, определяющий их участие в процессе аммонификации (Delwiche, 1956).

Поскольку состав сточных вод включает в себя кроме органического азота, азот минеральный, а именно соли аммония, которые также являются источником азотного питания микроорганизмов, живущих в сточных водах, все аммонифицирующие микроорганизмы подразделяют на две группы: аминоавтотрофов и аминогетеротрофов. В сточных водах городского типа доступный азот представлен аммонийными солями органических кислот и минеральными солями аммония (Лурье, 1984).

Аммонийные соли органических кислот предпочтительнее для микроорганизмов, чем минеральные аммонийные соли, поскольку первые являются физиологически кислыми, и при утилизации аммиака в среде накапливаются анионы неорганических кислот (SO42- , HPO42- , Cl-), что и влечет за собой сильное снижение pH среды. Но, тем не менее, минеральные соли аммония используются некоторыми группировками бактерий (Мишустин, Емцев, 2008).

Аминоавтотрофы способны самостоятельно синтезировать белковые вещества за счет минеральных источников азота (аммиак, аммонийные соли, азот атмосферы). Наиболее доступными источниками азота для таких микроорганизмов являются аммонийные соли. Аммиак в свободном состоянии является мало доступным, так как создает в среде повышенную щелочность. Менее доступны нитраты, поскольку азот нитратов для того, чтобы включиться в органические соединения, должен быть предварительно восстановлен до аммиака в энергетически зависимой реакции. В эту группу входят нитрифицирующие микроорганизмы (Пученкова, 2011).

Ассоциации аминоавтотрофных микроорганизмов представляют особый интерес, поскольку они способны утилизировать достаточно большие количества неорганических солей аммония в соответствующих условиях, и их изучение может позволить лучше понимать механизмы основных процессов очистки сточных вод.

Аминогетеротрофы строят белки из готовых аминокислот. Для этого они используют сложные белковые субстраты, пептоны или отдельные аминокислоты. Бактерии, использующие азот белковых веществ, предварительно гидролизуют их до простых продуктов с помощью протеолитических экзоферментов. В эту группу входит большинство сапрофитов, паразитов, гнилостные и молочнокислые бактерии (Германов, 1967).

Если в питательной среде недостает хотя бы одной аминокислоты, то микроорганизмы переходят на аминоавтотрофный способ существования и создают недостающую аминокислоту путем перестройки других аминокислот, отрывая от них аминную группировку, либо синтезируя ее из органических кислот и аммиака. Таким образом, узловым пунктом, куда ведут все пути азотного питания у микроорганизмов, является аммиак: Нитраты Нитриты NH3 г Атмосферный азот Аминокислоты - Пептиды - Белки

Если источником азота служат белки, пептоны или аминокислоты, то источники углерода не нужны, так как эти субстраты используются одновременно и как источники углерода, но при использовании минеральных источников азота присутствие углеродного источника необходимо (Общая микробиология, 1988; Myrold, 2002).

Аммонификация - это процесс, приводящий к высвобождению аммиака в результате процесса минерализации органического вещества. Аммонификации подвергаются белки, аминосахара, нуклеиновые кислоты, алкалоиды, мочевина и другие вещества, причем высвобождающийся аммиак расходуется по-разному (Гусев, Минеева, 2007).

Расщепление белков начинается с гидролиза, осуществляемого внеклеточными гидролитическими ферментами аммонификаторов. В результате образуются более простые продукты: белок - пептоны - пептиды - аминокислоты. Аминокислоты ассимилируются бактериями как источники питания, и под действием внутриклеточных ферментов дезаминаз от них отщепляется аммиак - конечный продукт аммонификации. Чаще всего наблюдается гидролитическое и окислительное дезаминирование, реже -дезаминирование, приводящее к образованию ненасыщенных соединений; для анаэробных условий характерно восстановительное дезаминирование (Общая микробиология, 1988).

Наряду с дезаминированием может происходить и декарбоксилирование аминокислот. Обычно в кислой среде наблюдается декарбоксилирование, а в щелочной - дезаминирование. Обе ферментные системы действуют как механизмы нейтрализации среды, в результате чего рН поддерживается на уровне, обеспечивающем нормальную жизнедеятельность клетки. При декарбоксилировании аминокислот образуются первичные амины, такие как кадаверин, путресцин (трупные яды), и выделяется углекислый газ (Лысак, 2007).

Мочевина и мочевая кислота разлагаются бактериями, грибами и актиномицетами, обладающими ферментом уреазой. К специфическим уробактериям относят Nitrosococcus ureae, Sarcina ureae и другие. В результате гидролиза мочевины образуется аммиак и двуокись углерода: C02(NH2)2 + Н2О С02 + 2NH3

Белки подвергаются разложению как аэробными, так и анаэробными бактериями, а также актиномицетами и грибами. Особенно активны представители семейств Pseudomonadaceae, Bacillaceae и Enterobacteriaceae, представленные на рисунке 3 и в таблице 1.

Процесс аммонификации – «гниение», при котором происходит накопление специфических продуктов. Роль гнилостных бактерий в природе велика. Доля белка в тканях умерших животных и растений огромна, и эти микроорганизмы осуществляют минерализацию белков, разлагая их в конечном итоге до CO2, NH3, H2S (Сидоренко, Борисенко, 2010).

При исследовании процесса аммонификации следует уделить особое внимание филуму Actinobacteria, а именно семействам Micrococcaceae, Nocardiaceae и Corynebacteriaceae. Представители данных таксонов, входящие в состав активного ила представляют наибольший интерес в качестве флокулообразующих микроорганизмов. Многие из них способны образовывать полимерный матрикс, служащий формообразующей основой флокул. К тому же, морфологические особенности представителей данных семейств позволяют им быстро колонизировать субстраты и твердую взвесь активного ила (Bergey s manual of Systematic Bacteriology, 2005).

Прокариотические компоненты

Для определения состава доминирующих видов в микробиоценозе активного ила исследуемого сооружения были отобраны наиболее часто встречающиеся морфотипы колоний аминоавтотрофов и аминогетеротрофов.

Исследуемые колонии пересевали истощающим штрихом на МПА для подтверждения чистоты, далее изолированные колонии отсевали на скошенный агар МПА. После этого проводили идентификацию с использованием культурально-морфологических и биохимических признаков. Всего было выделено 51 штамм, из которых только 47 пережили лабораторные условия. Неисследованные 4 штамма погибали при росте на богатых питательных средах (МПА+дрожжевой экстракт+смесь микроэлементов), также на МПА с добавлением сточной воды наблюдался очень скудный рост и плохая выживаемость данных культур, в то время как все остальные штаммы хорошо росли на используемых в анализе средах.

Среди выделенных и исследованных бактериальных культур 10 были грамотрицательными и 37 – грамположительными (рисунок 25, А).

Из исследованных штаммов 49 % проявляли способность к росту на среде с минеральным источником азота (рисунок 25, В).

Проведенная идентификация показала, что среди 47 выделенных бактериальных культур наблюдается следующее распределение по таксономическим категориям (таблица 3).

За время поступления сточных вод на станции аэрации в активный ил попадает большое количество грамотрицательной микрофлоры, особенно представителей семейства Enterobacteriaceae ( 1000 кл/мл – титр энтеробактерий в сточной воде). Однако в самом аэротенке количество энтеропатогенной микрофлоры и других санитарно показательных микроорганизмов сводится к минимуму сразу после поступления сточных вод в систему аэротенка. Во-первых, в силу своей частичной ауксотрофии, условно патогенные бактерии не способны выдерживать конкуренцию за субстрат с более жизнеспособной микрофлорой аэротенка. Во-вторых, в активном иле аэротенка достаточно высокий титр коли-фагов и представителей рода Bdellvibrio, что делает невозможным существование грамотрицательных бактерий в микробиоценозе активного ила (Dias, Bhat, 1965; Fry, Staples, 1976; Ewert, Paynter, 1980; Withey et al., 2005). Так, в результате проведенной видовой идентификации, было показано, что в активном иле очистных сооружений города Ростова-на-Дону наблюдается явное преобладание грамположительных бактерий.

Согласно данным ряда исследователей (Joyce, Dugan, 1970; Horan, Bu Ali, Eccles, 1988; Жмур, 2003; Gonzalez-Martinez et al., 2016), в городских очистных сооружениях всегда преобладают флокулирующие формы микроорганизмов, которые находятся в тесном взаимодействии с гидробионтами и неорганическими частичками активного ила. В ходе данного исследования было установлено, что наиболее часто встречающимися в активном иле города Ростова-на-Дону являются представители филума Actinobacteria. Известно, что большая часть представителей имеет нерегулярную морфологию клетки, способна образовывать разветвленные палочки и/или мицелий (Gao, Gupta, 2005; Bergey s Manual of Systematic Bacteriology, 2012). Подобные морфологические особенности помогают связывать частички активного ила, формируя при этом некие пространства, в полостях которых располагаются различные физиологические группы бактерий. Внутри флокулы могут размещаться анаэробные либо факультативные формы, а по периферии -аэробные микроорганизмы. Так, аэробные аммоний окисляющие бактерии образуют агрегаты вместе с анаэробами, переводят аммоний в нитрат, тем самым обеспечивая субстратом денитрификаторов и, одновременно, защищая их от кислорода (Pynaert, Smets et al., 2003; Men et. al, 2017). Из выделенных актинобактерий до вида были определены Corynebacterium lipophiloflavum и Kocuria rosea, все остальные штаммы относились к родам Corynebacterium, Micrococcus, Arthrobacter, Microbacterium, Dietzia и Nocardia. Также было исследовано 4 штамма грамположительных палочек с нерегулярной формой, однако определение их было затруднено в связи с неоднозначными результатами исследований.

Высокого титра в исследуемом активном иле достигали представители рода Bacillus. Всего было выявлено 8 видов, из которых были определены: B. pumilus, B. firmus, B. lentus, B. mycoides, и 4 штамма B. сereus. Помимо выполняемой ими роли в биогеохимических циклах, представители порядка Bacillales способны синтезировать множество полисахаридов (The prokaryotes, 2006; Малиновская, Драган, 2012), тем самым принимая непосредственное участие во флокулообразовании. Также было показано, что представители данного рода обладают способностью к синтезу широкого спектра гидролитических ферментов, что обеспечивает им возможность существования в системах очистки сточных вод городских канализаций, где количество органических биополимеров достигает достаточно высокого уровня (Priest, 1977). К тому же, было показано, что многие штаммы бактерий рода Bacillus способны к гетеротрофной денитрификации (Kim et al., 2005), что также было согласовано с результатами, полученными в настоящем исследовании.

В активном иле исследуемых ОСК были обнаружены представители p. Pseudomonas, такие как P. aeuruginosa, P. fluorescens и P. putida. Псевдомонады активного ила принимают участие в процессах нитратредукции и денитрификации, а также обладают высокой протеолитической активностью. Помимо этого, P. putida обладает способностью разрушать фенольные соединения (Annadurai et al., 2002).

Примечательно, что максимальная метаболическая активность выделенных из сточных вод штаммов P. fluorescens наблюдалась в присутствии нематод активного ила (Abrams et al., 1980), что в очередной раз подчеркивает важность симбиотических отношений бактерий и многоклеточных, входящих в его состав. Стоит также отметить, что выделенная нами P. aeuruginosa является одним из самых распространенных возбудителей нозокомиальных инфекций (Медицинская микробиология, вирусология и иммунология, 2004) однако помимо патогенного воздействия они также способны оказывать положительное влияние на экологические системы, путем высвобождения газообразного азота в результате процесса денитрификации (Carlson, Ingraham, 1983).

В летний период 2015 года были выделены яркие представители комменсалов человека и животных, такие как Staphylococcus saprophyticus, Listeria grayi subsp myrrai. Также был определен до рода один штамм аэробного хемоорганотрофного микроорганизма – Deinococcus sp. (рисунок 26).

Помимо характерной морфологии, особенностям клеточной стенки и строения генома (Hitoshi et al., 1983), представители рода Deinococcus отличаются повышенной устойчивостью к радиационному излучению, а также к другим неблагоприятным условиям среды, что делает микроорганизмы данного рода пригодными для биоочистки экологических систем от разного рода загрязнений, в том числе содержащих ионы ртути (Brim et al., 2000).

В открытых экологических системах бактерии подвергаются воздействию комплекса экологических факторов, что отражается как на морфологических и культуральных, так и на физиолого-биохимических особенностях каждого конкретного вида. Такого рода явление носит название групповой изменчивости и может проявляться у целых микробных популяций (Ротмистров, Гвоздяк, Ставская, 1978). У бактерий, также как уэукариот, может встречаться индивидуальная внутривидовая изменчивость, приводящая к утрате ряда признаков или замене одних признаков другими. Это обусловлено большой вариабельностью генов основного генома бактерий и высокой степенью его изменчивости, а также горизонтальным переносом генов (Drge et al., 1999; Шестаков, 2007). В связи с этим, некоторые из выделенных бактерий не могли быть определены из-за морфологической изменчивости и совокупности признаков, характерных для представителей различных семейств и родов одновременно. Например, в ходе исследования было показано, что один из выделенных грамотрицательных микроорганизмов способен к образованию клубков, нитей, мицелиальных форм (рисунок 27).

Эукариотические компоненты

Количественный учет гидробионтов заключался в оценке относительной численности организмов активного ила по условной пятибалльной шкале (Фауна аэротенков, 1984): 1 – единичное нахождение, 2 – мало, 3 – порядочно, 4 – много, 5 – в массе. Определение абсолютного количества организмов на единицу объема, а также пересчет их на биомассу были затруднены, поскольку объекты крайне подвижны, а возможность применить фиксирующие или наркотизирующие препараты отсутствовала.

Сравнение биологического разнообразия одного отдельно взятого природного водоема в различные периоды времени позволило бы в полной мере отобразить сезонную динамику в зооценозе. Так, например, статистически оправдано применение индекса Шеннона-Уивера, основанное на предположении, что отдельные особи гидробионтов попадают в исследуемые пробы из неопределенно большой (условно бесконечной) генеральной совокупности. Однако, в рамках исследования биоценозов активного ила неминуемы ошибки, связанные с малой изученностью простейших (в том числе видов-двойников) и, соответственно, невозможностью включения в выборку всех особей реально существующих видов сообщества (Лебедева, Дроздов, 1999), а также со стремительной сукцессией, вызываемой нормальным для городских стоков изменением характера загрязнения (Бурдин, 1985). Тем не менее, в результате гидробиологического анализа жидких проб были определены с точностью до вида 27 представителей протозойного комплекса активного ила ОСК г. Ростова-на-Дону (таблица 4).

Пробы активного ила, отобранные в летний период 2015 года, характеризовались заметной дефлокуляцией (распадом иловых хлопьев), вспуханием, массовым развитием нитчатых серобактерий и, как следствие этого, угнетенным физиологическим состоянием представителей группы Peritricha (перистом закрыт) (рисунок 30).

Наибольшее видовое разнообразие активного ила отмечается на осенний период 2015 года, были определены 3 вида инфузорий, не встречаемых в других пробах ила: перитрихи Vorticella convallaria и Thuricola similis, а также сосущая инфузория Rhabdophrya trimorpha (рисунок 32).

Малое разнообразие видового состава цилиофауны активного ила свидетельствует о том, что на летний период приходится достаточно высокая нагрузка по органическим веществам, вследствие чего наблюдается активное размножение некоторых видов протист. Также низкое содержание растворимого кислорода замедляет деятельность колониальных инфузорий.

Только 4 вида были характерны для всех проб иловой жидкости: определены по живым образцам – Epistylis plicatilis, преимущественно по раковинам – Arcella vulgaris (рисунок 33), Centropyxis aculeata и C. plagiostoma.

Согласно данным Сладечека (1973), эти виды обычны для аэротенков, однако преимущественно проживают в -мезосапробной (C. aculeata – способна жить в олигосапробной) зоне загрязнения. Стоит отметить, что в тех же пробах активного ила были обнаружены условно патогенные анаэробные "limax"- амебы, которые не только способны выживать в метасапробной зоне, но и выступают возбудителями менингоэнцефалита человека и различных заболеваний домашних животных (Cerva, 1980).

В целом, анализ фауны аэротенка позволил сделать вывод о достаточно хорошем видовом разнообразии исследуемого активного ила. Необходимо особенно выделить различных представителей цилиат, поскольку они принимают непосредственное участие в поддержании постоянства численности и состава бактериальной составляющей активного ила (одна инфузория в среднем поглощает от 20 до 40 тыс. бактериальных клеток). Также, цилиаты способствуют осаждению ила и осветлению сточных вод во вторичных отстойниках (Гудков, 2002).

Среди беспозвоночных животных были определены представители тихоходок, коловраток, нематод, пресноводных олигохет и брюхоресничных червей. Результаты определения представлены в таблице 5.

Из беспозвоночных животных в активном иле станции аэрации г. Ростова-на-Дону наиболее распространены бделлоидные коловратки и олигохеты рода Aelosoma (рисунок 34).

Во всех пробах были обнаружены яйца или "бочонки" тихоходок, но подвижные формы проявились только в весенний период. Брюхоресничные черви массово развивались и размножались только осенью 2015 г года и отсутствовали в весенний период 2016 г.

Действие озонирования на сообщество активного ила

При обсуждении полученных результатов влияния активного ила на рост численности физиологических групп в активном иле, следует сразу исключить возможное влияние озона на прирост растворенного кислорода в системе активного ила (к вопросу о действии кислорода при дополнительном введении в систему аэротенка для усиления аэробных процессов). Доказательством могут послужить элементарные химические расчеты (таблица 8), согласно которым при растворении даже 1,0 мг озона в литре жидкости образуется ничтожно малое количество кислорода, прирост которого не влияет на протекание аэробных процессов (Курс общей химии, 1990).

Города Ростова-на-Дону пребывает в среднем 4 часа в цикле загрузочной зоны аэротенка. Это время рассчитывается для каждого конкретного сооружения очистки сточных вод с определенным составом сточных вод, поступающих на очистку. Поэтому оптимальным было бы вводить озон в процессе очистки напрямую в аэротенк, а в лабораторных опытах -непосредственно в ил через диспергатор для обеспечения равномерного распределения.

В системах водоподготовки для обеззараживания различных сточных вод используют дозы в пределах 2,0-5,0 мг/л. Для очищенных сточных вод, отводимых в водные объекты ПДК озона после всех этапов биологической очистки составляет 0,5 мг/л (МУ2.1.5.800-99). Согласно литературным данным, для микробиоценоза активного ила летальной концентрацией является уже 2,5 мг/л растворенного озона, поэтому для экспериментального варианта первоначально выбрали в 10 раз меньше (Ozone in water treatment: application and engineering, 1991). Контрольным во всех вариантах экспериментов послужил сосуд, в который вводили только атмосферный воздух (таблица 9).

Результаты исследования показали, что подавляющее действие на микроорганизмы оказывает как однократное, так и дискретное введение 0,25 мг/л озона в систему, однако судя по численным данным дискретная подача оказывает наибольший эффект. Так, общая численность бактерий на SA достоверно снизилась по сравнению с контролем на два порядка, а численность аминогетеротрофов и аминоавтотрофов на один порядок.

Относительно групп, численность которых определяли методом НВЧ, следует отметить, что статистически значимых отличий в численности как нитрификаторов, так и денитрификаторов, при однократной и дискретной подаче озона не было установлено.

По всей видимости, это связано с тем, что повышение уровня свободных радикалов в активном иле способствовало угнетению физиологической активности бактерий, приходящихся на группу облигатных денитрификаторов. В то время как большая часть денитрифицирующих микроорганизмов способна к нитратному дыханию при необходимости, и в основном, имеет ферментные комплексы защиты от свободных радикалов и избыточного кислорода.

Необходимо было также установить максимальную дозу озона, действующего на самую многочисленную и разнообразную в плане ферментативных возможностей бактериальную группировку, каковой являются аминогетеротрофы. Для определения влияния озонирования на численность бактерий выбрали туже питательную среду, что и для исследования численности аминогетеротрофных бактерий (МПА+20% сточная вода). Такой выбор был обоснован тем, что, во-первых, данная среда рекомендована для культивирования подавляющего большинства бактерий выделенных из сточных вод, способных выживать в лабораторных условиях, во-вторых, при возникновении токсического шока под действием разных доз озона, среда будет способствовать быстрому восстановлению бактерий, благодаря высокому содержанию питательных веществ, а также минеральных компонентов и факторов роста, входящих в состав сточной воды, специфичной для бактерий данных ОСК.

Были выбраны следующие концентрации озона: 0,25; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 мг/л. В результате проведения эксперимента было установлено достоверное повышение численности аминогетеротрофов в варианте с концентрацией 0,4 мг/л (рисунок 38, приложение 5).

Однако, визуальная оценка (ограниченное количество морфотипов на поверхности питательной среды по сравнению с контролем) (рисунок 39) и идентификация культур, выделенных из данного экспериментального варианта, показали, что видовой состав оскудел и был представлен всего 4 видами, относящимися к группе грамотрицательных палочек с окислительным типом метаболизма и одним видом Micrococcus sp. Подобная тенденция объясняется высокой способностью облигатных аэробов защищать внутренние структуры от повреждения в процессе окислительного стресса, благодаря ряду ферментов (Пиневич, 2009). Также, из-за подавляющего влияния накопленного озона равновесие между эколого трофическими группами сместилось в сторону наиболее приспособленных к подобным условиям выживания.

Следует подчеркнуть, что результаты данного эксперимента не были приняты как положительные и концентрация озона 0,4 мг/л все равно была обозначена автором исследования как негативно влияющая, потому что происходит структурная перестройка в качественном составе микробиоценоза, приводящая к сужению видового разнообразия.

Благополучно работающая система активного ила всегда зависит от широкого спектра видов, входящих в ее состав. При воздействии различных неблагоприятных факторов, высока вероятность того, что слишком чувствительные и менее приспособленные виды покинут данное сообщество, а их экологические ниши займут наиболее приспособленные и в целом, сообщество может продолжать свое существование. Однако с практической точки зрения, рассматривая биоценоз активного ила как биологическую систему очистки городских сточных вод от различного рода загрязнений, подобные сдвиги в видовом составе негативно скажутся на процессах удаления широкого спектра веществ и очистки воды в целом (Curds, Cockburn, 1970; Fenchel, 2013).

К тому же, оценка действия различных доз озона делалась еще и на основании микроскопических исследований фауны активного ила. Известно, что многие гидробионты активного ила практически моментально реагируют на малейшие изменения состояния окружающей их среды морфологическими перестройками и поведением, которое легко фиксируется при микроскопировании. (Fenchel, 2013). Так, при микроскопических исследованиях озонированного ила в диапазоне от 0,6 мг/л растворенного озона и выше был установлен факт негативного влияния озонирования во всех выбранных концентрациях. Клетки всех перитрихов были сжаты в разных направлениях, перистом был закрыт, пищеварительные вакуоли не визуализировались (рисунок 40). Также, наблюдая активное движение бактерий внутри и вокруг инфузорий, можно было сделать вывод о их гибели. Крайне заторможенные поведенческие реакции наблюдались и у многих других протист активного ила, которые встречались в процессе микроскопических исследований озонированного активного ила.